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Espectroscopia de Rayos X y Espectroscopia Gamma
Espectroscopia
La espectroscopia se define como una técnica instrumental la que permite determinar la composición cualitativa y cuantitativa de una muestra de material
Espectroscopia de Rayos X
Particle Induced X-ray Emission (PIXE)
La espectroscopia de rayos X utiliza los rayos X característicos de los átomos para poder determinar la composición de éstos en una muestra dada.
¿ Qué son los rayos X? Los Rayos X son un tipo de radiación
electromagnética
¿Cómo se producen los rayos X? Los rayos X se producen mediante el impacto de
electrones acelerados sobre un material. Una fuente de rayos X funciona generalmente obteniendo radiación primaria por medio de tubos de rayos X del tipo de Coolidge.
Técnica Espectroscopia de rayos X Esta técnica utiliza la radiación primaria para excitar a los
átomos perteneciente a la muestra de estudio y con esto generar la emisión de radiación X características denominada secundaria (fenómeno denominado fluorescencia de rayos X).
La radiación secundaria emitida por los átomos presentes en la muestra es registrada usualmente en forma de histograma.
Normalmente un espectro de fluorescencia de rayos X consiste en dos partes diferenciadas, estas son el espectro característico de los átomos presentes y el espectro continuo que contribuye al fondo.
Para que se produzca el espectro de fluorescencia de rayos X la energía de las partículas incidentes debe de ser mayor que la energía de enlace de los electrones internos de los átomos que componen la muestra.
Transiciones electrónicas
El modelo atómico de Bohr describe a los Z electrones de un átomo orbitando alrededor de su núcleo, ordenados en diferentes capas de energía característica.
Producto de impacto los electrones pueden ser expulsados generando u vacio y por ende excitando el átomo.
El conjunto de fotones generados debido a este proceso se denomina serie espectral.
Transiciones electrónicas
Los elementos livianos no presentan picos de rayos X.
Espectro de rayos X característicos
Espectroscopia de Rayos GammaEl método de espectroscopia gamma permite
determinar la energía de radiación de una fuente dada, por lo que se utiliza para identificar y cuantificar las muestras radiactivas.
Su objetivo es analizar el espectro energético generado por fotones emitidos de distintos isotopos radiactivos.
Se suelen ocupar detectores tipo centelleo de NaI(Tl) con un analizador multicanal o detectores de Germanio hiperpuro Ge(Li).
¿qué es la radiación gamma y cómo se genera?
los rayos gamma son radiaciones electromagnéticas.
¿qué es la radiación gamma y cómo se genera?
La radiación gamma no tiene masa ni carga y posee un gran poder de penetración en la materia.
Es necesario utilizar como blindaje una barrera gruesa de plomo o una pared de hormigón
Los rayos gamma y los rayos X tienen las mismas propiedades, diferenciándose únicamente en su origen. Mientras que los rayos gamma se producen en el núcleo del átomo, los rayos X proceden de las capas externas del átomo, donde se encuentran los electrones.
Cómo se detecta la radiación Gammaun detector de espectrometría
genérico se basa en las interacciones generadas entre los fotones y el material de éste.
Cuando el haz de fotones colisiona con el material del detector se pueden producir tres efectos.
Efecto Fotoeléctrico: La energía se absorbe de manera completa generando fotoelectrones.
Efecto Compton: La energía no se absorbe completamente.
Creación de Pares: generación de electrón y positron (1.022 Mev)
Espectro de Rayos Gamma
Detectores utilizados en esta Técnicas
Los detectores más utilizados para llevar a cabo este tipo de técnica son el detector de germanio híper puro y el detector de Yoduro de Sodio (NaI).
Detector de Yoduro de Sodio
Son del tipo Centellador
Aprovecha la propiedad que tiene la radiación de producir destellos luminosos al interactuar con distintos sólidos. Para luego así tomar esta emisión de luz y transformarlos en pulsos eléctricos.
La luminiscencia se genera utilizando un cristal de centelleo.
Detector de Germanio Híper Puro
Son de tipo semiconductor
Este detector es sometido a un campo magnético, los electrones fijados en la banda de valencia al interactuar con radiación gamma son empujados a la banda de conducción. Esto genera vacios en la banda de valencia los que son llenados nuevamente por electrones.
Detector Yoduro de Sodio y Germanio Hiperpuro
El detector de Yoduro de Sodio es de bajo costo y posee una mayor eficiencia que el de Germanio Híper puro. Pero posee una menor resolución.
El detector de germanio hiperpuro posee una resolución muy buena, pero debido a que su utilización a temperatura ambiente genera que los electrones puedan cruzar fácilmente de la banda de valencia a la de conducción.
Aplicaciones de la espectroscopia de rayos gamma y la espectroscopia X.
Análisis por espectrometría gamma de fertilizantes: Por medio de esta técnica es posible cuantificar la actividad específica de isótopos naturales y artificiales presentes en el fertilizante. En costa rica se realizó este estudio en los fertilizantes de origen natural ocupados en depósitos agrícolas.
Caracterización de Fuentes huérfanas radiactivas por espectroscopia gamma: Por medio de esta técnica posible determinar las propiedades de una fuente huérfana El instituto peruano de Energía nuclear realizó este procedimiento para identificar unas fuentes selladas, planta de Aceros ariquipa.
Aplicaciones de la espectroscopia de rayos gamma y la espectroscopia X. Aero gamma espectroscopia: Es posible utilizar la técnica de
espectroscopia gamma con el fin de obtener información sobre la concentración del torio, potasio y uranio depositado en rocas y suelos de la superficie terrestre.
Distribución de concentración de Potasio a la izquierda y de Uranio a la derecha Weitra Freistadt Nebelstein (Austria)
Aplicaciones de la espectroscopia de
rayos gamma y la espectroscopia X.
Aplicación la espectroscopia de rayos X para el estudio de la Madera: Por medio de esta técnica es posible realizar una cartografía digital del interior de la tabla. El centro tecnológico de la facultad de Talca, utilizo esta técnica para poder investigar sobre el proceso de evacuación de la humedad desde el interior de la madera.
Aplicación la espectroscopia de rayos X para la caracterización de superficies: Es posible identificar los elementos presente en la superficie de la muestra, cuantificarlo y en algunos casos particulares es posible determinar el estado de oxidación de estos elementos.
Aplicación de Redes Neuronales Artificiales en la determinación de los componentes de una muestra, utilizando como base análisis de espectros PIXE: Con el propósito de acortar esos tiempos y reducir los costos de la aplicación de ésta técnica se creó una red neuronal artificial la que fue entrenada con espectros ya obtenidos por el método de espectroscopia de rayos X.
Esta red se basó en los ejemplos que estudio y comparó pudiendo anticipar un resultado de manera más automatizada
Conclusión
Las técnicas son de gran utilidad. Esto es debido a que por medio de estos métodos es posible obtener información de la composición de las muestras a analizar que no es posible de obtener a primera vista. Además los métodos de espectroscopia gamma y espectroscopia por florescencia de rayos X permiten conservar la muestra sin generarle un mayor daño, por lo que son técnicas no invasivas ni destructivas. Por otro lado los análisis espectroscópicos requieren de tiempo de estudio y análisis de los espectros resultantes de estas técnicas, por lo que es necesario contar con personal especializado para la realización de ésta. Pero independiente de sus desventajas, éstas proveen de información valiosa y necesaria para las áreas que la utilizan, por lo que son requeridas con regularidad.
